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期刊信息/Journal information
红外与激光工程
红外与激光工程

崔玉平

月刊

1007-2276

irla@vip.sina.com

022-23666400 58625208

300308

天津市空港经济区中环西路58号

红外与激光工程/Journal Infrared and Laser EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《红外与激光工程》系中国宇航学会光电技术专业委员会会刊，由中国航天科工集团公司主管，创刊于1972年，是国家科委和国家新闻出版署批准的国内外公开发行的国家级学术刊物。30年来期刊不断发展，现已是中国科技论文统计源期刊，中文核心期刊，被美国“工程索引（EI）compendex”，英国 “科学文摘（SA）”，美国“剑桥科学文摘（CSA）”，俄罗斯“文摘杂志（AJ）”收录，被美国际媒体指南，乌里希期刊指南，中国科学引文数据库（CSCD）收录，并入编清华大学主办的中国学术期刊光盘版。 本刊是中国航天界光电子技术领域内学术性与工程应用性集于一体的综合性刊物，主要刊登国内红外与激光技术方面的学术论文和工程研究报告，集中反映了中国光电技术在宇航、卫星及导弹武器系统中的工程应用水平。 期刊的编委会由70余人组成，其中包括王大珩、母国光、张履谦、周立伟、姚建铨院士，及其他国内光电领域著名的专家、学者，他们来自航天、航空、兵器、电子、机械系统及中科院，国内著名大学，有他们审稿把关，期刊质量得到提高。
正式出版
收录年代

    基于PSD的六自由度位移测量解耦方法研究

    付文江卢增雄吴晓斌黄宇峰...
    115-127页
    查看更多>>摘要：基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用.精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位移台亚微米及微弧度位移测量精度的关键.根据PSD与 6DOF精密位移台上角锥棱镜之间的位置关系,构建了 6DOF位移测量方案,建立了6DOF位移台位移与PSD上光斑位移之间的精确对应关系模型,采用数值计算法对该模型进行解耦求解,并与小角度近似法进行了对比分析.结果表明,当 6DOF位移台单自由度位移范围为±10 mm和±10 mrad时,数值计算法引入的解算误差最大值为 10-17 mm和 10-15～10-16 mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差最大值为5.39 μm和35.5 μrad;在此基础上,采用蒙特卡洛法以随机均匀分布方式产生 10000组六自由度位移进行分析,表明数值计算法引入的解算误差平均值为 10-17 mm和10-17 mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差平均值为 10-3～10-6 mm和 10-5 mrad量级,其中z方向解算误差达到 4.4 μm,Rx和Ry方向解算误差达到 28 μrad,故小角度近似法无法满足上述位移测量精度要求.所提出的基于数值计算法的解耦方法对实现 6DOF位移台的高精度位移测量具有重要意义.

    六自由度位移测量位置敏感探测器理论建模数值计算法小角度近似法

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    特征自适应的复杂曲面扫描路径生成方法

    林雪竹王庭轩郭丽丽李丽娟...
    128-144页
    查看更多>>摘要：为了解决现有自动化扫描方法在面对复杂曲面时扫描完整性不足、普适性不佳等问题,提出了一种特征自适应的自动化扫描路径规划方法.首先,构建了激光扫描仪的扫描约束条件,分析其对扫描精度的影响,为特征自适应的复杂扫描路径规划提供理论支撑.其次,针对扫描仪姿态规划问题,提出了一种新的测量倾角约束聚类算法,对离散复杂曲面后获得的采样点进行聚类处理,实现扫描仪姿态的规划,并在此基础上获得扫描路径点.再次,针对扫描路径规划问题,引入法向矢量夹角矩阵作为惩罚矩阵,优化改进最近邻算法,实现符合需求的扫描路径规划.最后,为验证该方法可行有效,以汽车车门作为扫描对象,搭建了一个组合式自动化柔性测量系统,与传统行切扫描方法、手动扫描方法进行对比试验.试验结果表明,该方法相较于行切扫描方法在扫描仪姿态变换次数上减少了 54%,测量精度提高了 64.5%,降低了人工干预因素的影响,扫描完整性与手动扫描方法接近,可以实现针对复杂曲面的自动化扫描测量.

    激光扫描仪扫描路径规划扫描约束特征自适应聚类处理

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    考虑传函零点的光电稳定平台抗扰控制设计

    翟方超曾庆化张越杰王合龙...
    145-155页
    查看更多>>摘要：针对当前光电稳定平台伺服系统中自抗扰控制设计方法未考虑系统零点的问题,文中提出一种考虑传函零点的光电稳定平台抗扰控制设计方法.该方法通过扰动设计的方法将有零点的传函转换为无零点传函,使用扰动分离状态观测设计技术对设计的扰动进行补偿.仿真实验结果表明:在控制器相同、扰动条件相同的情况下,相比模型辅助的自抗扰算法,文中提出的算法阶跃响应调节时间减少 80.72%,超调量减少 61.97%;在 1V2Hz等效扰动下,系统稳态精度提高 36.69%,系统性能提升效果明显.在实物验证实验中,对于 1V2Hz等效扰动下,文中提出的算法系统稳态精度提高了 27.41%,对于不同频率的等效扰动,稳态精度能够提升20%以上,有效的提高了光电稳定平台的稳态精度.

    光电稳定平台传函零点自抗扰控制

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    大频移范围光纤拉曼增益谱的测量

    张扬何俊鸿柯延钊郭艺东...
    156-164页
    查看更多>>摘要：光纤拉曼增益谱的测量对光纤激光器的设计与优化至关重要.当前光纤拉曼增益谱的测量主要是基于小信号增益法,但该方法测试时间较长,且可测量的频移范围受限于信号源的波长调谐范围,难以获得光纤在大频移范围内的拉曼增益谱.为此,提出了一种利用光纤的自发拉曼散射谱来反演光纤在大频移范围内拉曼增益谱的方法.利用该方法测量了两款光纤——掺磷光纤与掺锗光纤在1～42 THz频移范围内的拉曼增益谱.在 1.6～22 THz频移范围内,基于该方法测得的拉曼增益系数与基于小信号增益法测得的结果基本一致.该工作为测量光纤在大频移范围内的拉曼增益谱提供了一种解决方案.

    拉曼光纤激光器拉曼增益谱测量自发拉曼散射掺磷光纤

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    大气多参数激光雷达在化工园区的安全环保和碳监测中的应用

    夏秋炜章振余赛芬夏海云...
    165-178页
    查看更多>>摘要：化工产业是国家经济发展的基础,但其在促进经济发展的同时也面临着高碳排放、环境污染和安全风险等挑战.为了保障化工园区的平稳运行,团队研制了一套全光纤体制的 1.5 μm大气多参数激光雷达系统,并应用于化工园区的污染强度、气体浓度、风场和降雨信息的监测和预警.该激光雷达系统集成了直接探测模块和相干探测模块,在直接探测模块中,基于扫描光源和超导纳米线单光子探测器进行气体浓度的监测.在相干探测模块中,基于对距离修正回波信号、载噪比和多普勒频移的分析获得颗粒物污染强度和风场分布;基于湍流动能耗散率和风廓线的速度梯度获得湍流和风切变信息;基于深度功率谱分析获得谱宽和偏度,用于区分风速和雨速,获得精准的降雨信息.大气多参数激光雷达分别在江苏省南京市江北新区和内蒙古自治区鄂尔多斯自治旗棋盘井镇进行外场实验,通过多次实验验证了该大气多参数激光雷达在化工园区进行环保、安全和精细化气象保障的能力.文中还进一步设计展望了该系统在化工园区探测多种危化气体浓度的潜力.

    激光雷达化工园区环境监测大气遥感

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    基于小波多尺度分析大气边界层高度提取方法研究

    李猛李佳欣郭心骞吴德成...
    179-188页
    查看更多>>摘要：大气边界层物理演变特征及复杂边界层结构对大气污染过程的影响机制研究中,迫切需要边界层精细化结构的探测手段.通常使用梯度法和小波协方差变换法的方式进行边界层高度提取,但由于该方式容易受到噪声和气溶胶层结构的影响,实验误差较大.提出使用小波多尺度分析方法细化边界层特征结构,从而筛选出有效的细节信息,提高对探索边界层高度的准确性.此外,基于GBQ L-01激光雷达设备实测合肥地区全天气溶胶分布情况,使用小波多尺度分析方法分析对应的平行分量距离平方矫正信号、垂直分量距离平方矫正信号和退偏振比全天分布情况.实验结果表明,该方法准确性高,与梯度法、小波协方差法相比具有更高的稳定性与连续性.对特殊时间点进行数据分析,明确主要影响边界层高度的主要因素,并确定各个时间段的大气边界层高度值.

    激光雷达大气边界层小波多尺度分析精细结构高时空分辨率

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    深度湍流条件下激光往返传输漂移特性的实验探究

    李昕淼梅海平张骏昕李艳玲...
    189-199页
    查看更多>>摘要：为探究深度湍流条件下激光往返传输的漂移特性,基于修正的Rytov理论,推导了深度湍流条件下光束漂移角方差表达式.搭建了折返路径激光成像探测系统,实验获取了 1km和 7km传输路径上不同时段激光光斑的回波图像和大气相干长度.利用回波图像计算了漂移角均方差及其各向异性因子并与理论对比.结果表明:漂移角均方差和大气相干长度随时间变化具有明显周期性,两者变化同步,但趋势相反.1 km传输路径上,漂移角均方差在 2～24 μrad之间波动.而 7km传输路径上漂移角均方差在 4～26 μrad之间波动.通过对比Kolmogorov理论、Von Karman理论、Exponential理论和修正的Rytov理论模型下漂移角均方差与实测值的相对偏差发现:基于Von Karman理论的模型与1km传输路径上漂移角均方差的实测值更为吻合,平均相对偏差约为 18.20%,基于修正Rytov折射率功率谱理论的模型与 7km传输路径上漂移角均方差的实测值更为吻合,平均相对偏差约为 21.09%.在 1km和 7km传输路径上,漂移特性均随着大气相干长度的减小而趋于各向同性.相关实验结果进一步揭示了深度湍流下往返路径传输激光漂移的机理,对于长距离空间光通信维持稳定通信链路具有一定参考价值.

    深度湍流折返路径激光光斑漂移角均方差大气相干长度

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    基于有限元仿真和光纤传感的隧道损伤监测

    常天英陈星于淼崔洪亮...
    200-215页
    查看更多>>摘要：对苏州四号线支线红庄站至蠡墅站段地铁进行隧道结构开展静力场和动力场有限元仿真分析,并根据仿真结果和现场勘察结果,成功设计并布设了能够对隧道结构水平位移、裂缝、沉降、结构应力、结构表面应变、振动等信息进行实时监测的光纤传感网络,实现了对隧道结构健康状态的实时监测,然后利用光纤传感网络反过来验证有限元模型可靠性,从而得到更准确的有限元仿真模型.最后,结合两种技术,针对该地铁中三种主要断面建立了二维有限元模型,研究了三种断面在隧道结构有损伤基础和无损伤基础的两种情况下,受到地铁列车振动荷载影响产生的混凝土结构损伤分布规律,从而更好地为地铁安全运营提供技术保障.

    光纤传感技术损伤分布规律有限元仿真振动荷载有限元模型可靠性

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    基于多窗口识别的多波长光信号峰值实时检测系统

    张康姜海明谢康
    216-226页
    查看更多>>摘要：波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)作为光纤通信系统的核心技术之一,为多个波长光信号的复用和传输提供了强有力的解决方案,对复用光信号的解复用和识别是WDM系统需解决的重要问题之一.文中研制了一种针对多波长光信号峰值的实时检测系统,用于实时检测多波长光信号的峰值功率.首先,设计并研制了光纤法布里-珀罗可调谐滤波器(FFP-TF)的驱动控制器和微弱光信号探测器,分别控制FFP-TF的驱动电压使其滤出特定波长的光信号和对滤出光信号的功率进行实时探测;其次,对于光电探测器中实时探测的光信号功率,设计了一种基于多窗口识别的峰值检测方法,使用三个针对波形不同位置的数据筛选窗口,根据实时检测数据来识别波形的变化趋势从而得到峰值强度与位置,进而计算出对应的光信号峰值强度.实验结果显示,所研制的实时检测系统实现了对多波长光信号的实时检测以及峰值的识别,光信号检测强度范围为 0～-60 dBm,识别速度较快,对于准周期或周期的多波长光信号的识别具有良好的识别效果.

    光纤通信信号峰值检测系统光信号探测法布里-珀罗可调谐滤波器波分复用技术

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    中间像面非理想成像的近红外折反射系统光学装调方法

    陈太喜王金鑫黄贺张斌智...
    227-237页
    查看更多>>摘要：近年来,基于中间像面非理想成像的近红外折反射系统应用广泛,但由于该波段干涉仪的价格昂贵且难以维护,其应用并不普及,因此在该类系统集成阶段,通常只能采用传统的机械特征定位方式(例如采用中心偏测量仪辅助定位)进行装调.由于传统机械定位方法无法直接借助干涉仪对系统出瞳波像差进行实时高精度监测,即不能通过观察各视场像差变化规律来指导装调,导致系统的装调效率和精度通常难以保证.针对一个口径为 150 mm、焦距为 450 mm的中间像面非理想成像近红外折反射系统的高精度光学装调方法开展研究,通过对系统中继透镜组透镜薄膜进行包含常用干涉仪工作波长(λ@632.8 nm)的设计,来实现利用可见光激光干涉仪对系统波像差进行高精度检测的目的,然后研究了系统各装调自由度和系统初级波像差的敏感度关系,以失调敏感度单变量分析为基础,分析了各失调维度间的耦合作用特性,在此基础上提出了次镜和中继镜组相互反复迭代联调的光学装调方案.整机装调后,光学系统各视场波前误差(RMS)和设计仿真结果数值大小大致相同,方向一致,均达到成像质量要求.

    光学系统装调折反射系统迭代联调非理想成像

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